DE102014218660B4 - Method and controller for controlling the performance of a fuel cell stack - Google Patents

Method and controller for controlling the performance of a fuel cell stack Download PDF

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Abstract

Verfahrens des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels, welches aufweist:Warten, durch ein Steuerglied, bis eine Zeitperiode verstrichen ist;sobald die Zeitperiode verstrichen ist, Bestimmen, durch das Steuerglied, einer Ausgangsleistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels, durch Vergleichen der Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die Zeitperiode verstrichen ist, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung;Bestimmen, durch das Steuerglied, ob die Ausgangsleistungsfähigkeit abnimmt;in Antwort auf das Abnehmen der Ausgangsleistungsfähigkeit Bestimmen, durch das Steuerglied, basierend auf dem Vergleich, weshalb die Leistungsfähigkeit abnimmt;Ausführen, durch das Steuerglied, von Prozessen, um die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels zu erhöhen, Betreiben des Brennstoffzellenstapels bei einem erhöhten Druck durch das Erhöhen eines Wasserstoffdruckes und einer Menge an Luft innerhalb des Brennstoffzellenstapels entsprechend zu dem Bestimmungsergebnis,einen ersten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach Betreiben des Brennstoffzellenstapels bei einem erhöhten Druck für eine zusätzliche Zeitperiode,Steuern des Spülens durch Erhöhen einer Spülmenge an Wasserstoff und Verkürzen eines Spülzyklus des Wasserstoffes, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem eine Zeitperiode verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem ersten Schritt des erneuten Bestimmens ist,einen zweiten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach dem SpülSteuerschritt,Zuführen von Luft zu einer Wasserstoff-Rezirkulationsleitung des Brennstoffzellenstapels, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die zusätzliche Zeitperiode verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem zweiten Schritt des erneuten Bestimmens ist.A method of controlling a performance of a fuel cell stack, comprising:waiting, by a controller, until a period of time has elapsed;once the period of time has elapsed, determining, by the controller, an output capability of the fuel cell stack by comparing the difference between an initial voltage and a voltage after the period of time has elapsed, with the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage;determining, by the controller, whether the output capability is decreasing;in response to the decrease in output capability, determining, by the controller, based on the comparison, why the performance decreases;performing, by the controller, processes to increase the performance of the fuel cell stack, operating the fuel cell stack at an increased pressure by increasing a hydrogen pressure and an amount of L air inside the fuel cell stack according to the determination result,a first step of redetermining performing the determining step again after operating the fuel cell stack at an increased pressure for an additional period of time,controlling the scavenging by increasing a scavenging amount of hydrogen and shortening a scavenging cycle of the hydrogen when the difference between an initial voltage and a voltage after a period of time has elapsed is greater than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage in the first re-determining step,a second re-determining step of re-performing the determining step after purge control step of supplying air to a hydrogen recirculation line of the fuel cell stack when the difference between an initial voltage and a voltage after the additional time period has elapsed is large is greater than the difference between the initial tension and a preset minimum tension in the second redetermination step.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

(a) Technischer Bereich(a) Technical Section

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren des Steuerns eines Brennstoffzellenstapels, und spezieller ausgedrückt ein Verfahren und Steuerglied zum Steuern eines Brennstoffzellenstapels, um die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels rückzugewinnen.The present invention relates to a system and method of controlling a fuel cell stack, and more particularly to a method and controller for controlling a fuel cell stack to recover the performance of the fuel cell stack.

(b) Hintergrund des Standes der Technik(b) Background Art

Im Allgemeinen ist ein Brennstoffzellenfahrzeug ein Fahrzeug, welches durch einen Brennstoffzellenstapel angetrieben wird, in welchem eine Vielzahl von Brennstoffzellen zusammengestapelt ist, um einen geeigneten Betrag für das Versorgen des Fahrzeugs mit Leistung zu liefern. Diese Brennstoffzellensysteme beinhalten typischerweise ein Brennstoff-Liefersystem, welches Wasserstoff, Benzin oder Ähnliches an den Brennstoffzellenstapel liefert, ein Luftliefersystem, welches Sauerstoff liefert (ein oxidierendes Mittel, welches für eine elektrochemische Reaktion erforderlich ist), ein Wasser- und Wärme-Steuersystem, welches eine Temperatur des Brennstoffzellenstapels steuert, und andere Komponenten, welche in der Fachwelt gut bekannt sind.In general, a fuel cell vehicle is a vehicle powered by a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked together to provide an appropriate amount for powering the vehicle. These fuel cell systems typically include a fuel delivery system that delivers hydrogen, gasoline or the like to the fuel cell stack, an air delivery system that delivers oxygen (an oxidizing agent required for an electrochemical reaction), a water and heat control system that provides a controls temperature of the fuel cell stack, and other components well known in the art.

Das Brennstoffliefersystem vermindert den Druck des komprimierten Wasserstoffs in einem Wasserstofftank und liefert den Wasserstoff an eine Brennstoffelektrode (Anode) des Brennstoffzellenstapels, und ein Luftliefersystem liefert die aufgenommene externe Luft an eine Luftelektrode (Kathode) des Brennstoffzellenstapels durch das Betreiben eines Druckluftgebläses.The fuel delivery system depressurizes the compressed hydrogen in a hydrogen tank and delivers the hydrogen to a fuel electrode (anode) of the fuel cell stack, and an air delivery system delivers the ingested external air to an air electrode (cathode) of the fuel cell stack by driving a compressed air blower.

Wenn Wasserstoff zu der Brennstoffelektrode des Brennstoffzellenstapels geliefert wird und Sauerstoff an dessen Luftelektrode geliefert wird, werden die Wasserstoffionen durch eine katalytische Reaktion in der Brennstoffelektrode getrennt, und die getrennten Wasserstoffionen werden zu der Luftelektrode als eine Oxidationselektrode über einen elektrolytischen Film übertragen. Hier reagieren die Wasserstoffionen, welche von der Brennstoffelektrode getrennt sind, die Elektronen und der Sauerstoff elektrochemisch in der Oxidationselektrode zusammen, um Elektrizität zu erzeugen. Detaillierter ausgedrückt, der Wasserstoff wird elektrochemisch in der Brennstoffelektrode oxidiert, und Sauerstoff wird elektrochemisch in der Luftelektrode reduziert, Elektrizität und Wärme werden durch die Bewegungen der Elektronen erzeugt, welche zu dieser Zeit hergestellt sind, und Wasserdampf oder Wasser wird durch eine chemische Reaktion erzeugt, wobei Wasserstoff und Sauerstoff kombiniert werden.When hydrogen is supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack and oxygen is supplied to its air electrode, the hydrogen ions are separated by a catalytic reaction in the fuel electrode, and the separated hydrogen ions are transferred to the air electrode as an oxidation electrode via an electrolytic film. Here, the hydrogen ions separated from the fuel electrode, the electrons, and the oxygen electrochemically react together in the oxidizer electrode to generate electricity. In more detail, the hydrogen is electrochemically oxidized in the fuel electrode, and oxygen is electrochemically reduced in the air electrode, electricity and heat are generated by the movements of electrons produced at that time, and water vapor or water is generated by a chemical reaction, where hydrogen and oxygen are combined.

Indessen wird eine Ausstoßeinrichtung für das Entladen der Nebenprodukte bereitgestellt, wie zum Beispiel Wasserdampf, Wasser und Wärme, welche erzeugt werden, während die Elektrizität durch den Brennstoffzellenstapel erzeugt wird, und nicht reagierter Wasserstoff, Sauerstoff und Ähnliches. Gase, wie zum Beispiel Wasserdampf, Wasserstoff, Sauerstoff und Ähnliches werden in die Luft durch einen Entladekanal ausgestoßen.Meanwhile, an ejector is provided for discharging the by-products such as water vapor, water and heat generated while the electricity is generated by the fuel cell stack and unreacted hydrogen, oxygen and the like. Gases such as water vapor, hydrogen, oxygen and the like are exhausted into the air through a discharge port.

Hier werden Konfigurationen eines Druckluftgebläses, eines Wasserstoffrückflussgebläses, einer Wasserpumpe und Ähnliches für das Betreiben einer Brennstoffzelle an einen Hauptbusanschluss gekoppelt, um leicht die Brennstoffzelle einzuschalten, und verschiedene Relais für das leichte Blockieren und Anschließen elektrischer Leistung und einer Diode, um entgegen gerichteten Strom am Fließen zu der Brennstoffzelle zu verhindern, können an den Hauptbusanschluss angeschlossen sein.Here, configurations of a compressed air blower, a hydrogen reflux blower, a water pump and the like for operating a fuel cell are coupled to a main bus terminal to easily turn on the fuel cell, and various relays for easily blocking and connecting electric power and a diode to prevent reverse current from flowing to prevent the fuel cell can be connected to the main bus connector.

Trockene Luft, welche durch ein Druckluftgebläse geliefert wird, wird durch einen Befeuchter befeuchtet und wird dann der Kathode eines Brennstoffzellenstapels zugeführt, und das sich entladende Gas von der Kathode wird zu einem Befeuchter übertragen, während es durch Wasser, welches innerhalb des Brennstoffzellenstapels hergestellt ist, befeuchtet wird, und kann benutzt werden, wenn die trockene Luft befeuchtet wird, um an die Kathode durch ein Druckluftgebläse geliefert zu werden.Dry air, which is supplied by a compressed air blower, is humidified by a humidifier and is then supplied to the cathode of a fuel cell stack, and the discharged gas from the cathode is transferred to a humidifier while being replaced by water produced inside the fuel cell stack. is humidified and can be used when the dry air is humidified to be supplied to the cathode by a forced air blower.

Wie bei Fachleuten gut bekannt ist, sind die Brennstoffzellenstapel gegenüber Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel externe Lufttemperatur, Kühlwassertemperatur, Strom und Ähnliches empfindlich, und der Zustand und die Leistungsfähigkeit davon werden basierend auf diesen Faktoren bestimmt. Demnach, wenn ein Fahrzeug kontinuierlich betrieben wird, speziell bei schlechten Betriebsbedingungen, nimmt die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels ab, und als ein Ergebnis reduziert dies die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer und die Zerstörung bzw. Alterung des Brennstoffzellenstapels, wodurch eine Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels langfristig verkürzt wird.As is well known to those skilled in the art, fuel cell stacks are sensitive to operating conditions such as external air temperature, cooling water temperature, current and the like, and the condition and performance thereof are determined based on these factors. Accordingly, when a vehicle is continuously operated, especially under poor operating conditions, the performance of the fuel cell stack decreases, and as a result, this reduces the output power of the fuel cell stack. This impairs the service life and the destruction or aging of the fuel cell stack, as a result of which the service life of the fuel cell stack is shortened in the long term.

Indessen wird das Austrocknen des Brennstoffzellenstapels durch zwei Faktoren verursacht, einerseits verursacht bei einer Hochtemperatur-Ausgangsleistung und andererseits bei einer niedrigen Ausgangsleistung verursacht. Das Austrocknen bei einer Hochtemperatur-Ausgangsleistung wird verursacht, wenn die Wärmebalance innerhalb des Brennstoffzellenstapels unterbrochen wird, und das Austrocknen bei einer niedrigen Temperatur wird verursacht, wenn die Menge an Wasserzeugung reduziert wird, und zwar aufgrund von vergeblichen Versuchen, die Luftzufuhr und die optimale Betriebstemperatur zu steuern, niedrigen Strom anzuwenden und unbelastet zu fahren. Ungeachtet dessen, wenn das Austrocknen des Brennstoffzellenstapels auftritt, wird die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels vermindert, und es benötigt lange Zeit, eine normale Ausgangsleistung wiederzugewinnen.Meanwhile, the dry-up of the fuel cell stack is caused by two factors, one being caused at a high-temperature output and the other being caused at a low output. The dry-out at a high-temperature output is caused when the heat balance inside the fuel cell stack is broken, and the dry-out at a low temperature becomes caused when the amount of water production is reduced due to unsuccessful attempts to control the air supply and optimal operating temperature, use low power and run unloaded. Regardless, when the dry-up of the fuel cell stack occurs, the output of the fuel cell stack is reduced, and it takes a long time to recover a normal output.

Außerdem, wenn das Austrocknen des Brennstoffzellenstapels für eine lange Zeit anhält, kann es sein, dass das Brennstoffzellensystem aufgrund nicht behebbarer Leistungsfähigkeitsreduktion nicht in der Lage ist, sich zu erholen. Entsprechend muss der Brennstoffzellenstapel in einer Weise gesteuert werden, welche in der Lage ist, sofort die Situation zu erfassen, bei welcher der Brennstoffzellenstapel in einem Austrocknungszustand ist, und den Brennstoffzellenstapel betreiben, dass er schnell wiederhergestellt wird, wenn der Brennstoffzellenstapel in einem Austrocknungszustand ist.In addition, if the dry-up of the fuel cell stack continues for a long time, the fuel cell system may not be able to recover due to unrecoverable performance reduction. Accordingly, the fuel cell stack needs to be controlled in a manner capable of immediately grasping the situation in which the fuel cell stack is in a dry-up state, and operating the fuel cell stack to recover quickly when the fuel cell stack is in a dry-out state.

Außerdem, sogar wenn die Konzentration des Wasserstoffes aufgrund einer Kontamination reduziert wird, wenn Wasserstoff als ein Brennstoff geliefert wird, kann die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels abnehmen. Das heißt, wenn die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels vermindert wird, sind getrennte Steuerungen für den Brennstoffzellenstapel aufgrund des Austrocknens und der Wasserstoffkontamination erforderlich.In addition, even if the concentration of hydrogen is reduced due to contamination when supplying hydrogen as a fuel, the performance of the fuel cell stack may decrease. That is, when the output power of the fuel cell stack is reduced, separate controls for the fuel cell stack are required due to dry-out and hydrogen contamination.

Die obige gelieferte Beschreibung, als ein Stand der Technik der vorliegenden Erfindung, dient gerade zum Helfen des Verständnisses des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung und sollte nicht interpretiert werden, dass sie im Stand der Technik beinhaltet ist, welcher Fachleuten bekannt ist.The description provided above, as a prior art of the present invention, is just to help understanding of the background of the present invention and should not be interpreted as being included in the prior art known to those skilled in the art.

Die DE 11 2008 001 711 T5 beschreibt eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle.the DE 11 2008 001 711 T5 describes a control device for a fuel cell.

Die DE 100 55 291 A1 beschreibt eine Spannungsüberwachung und Systemsteuerung für Brennstoffzellen.the DE 100 55 291 A1 describes voltage monitoring and system control for fuel cells.

Die US 2004/0161657 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems zum Erzeugen von konstanter Leistung.the U.S. 2004/0161657 A1 describes a method for operating a fuel cell system to generate constant power.

ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNGSUMMARY OF REVELATION

Die vorliegende Erfindung wurde mit dem Bemühen durchgeführt, die oben beschriebenen Probleme, welche zum Stand der Technik gehören, zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren des Steuerns der Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels durch das Analysieren der Spannung des Brennstoffzellenstapels bereitzustellen, und als Ergebnis wird die Leistungsfähigkeit rechtzeitig wiederhergestellt, um Schaden oder Zerstörung der Brennstoffzelle zu verhindern.The present invention has been made in an effort to solve the above-described problems associated with the prior art, and the object of the present invention is to provide a method of controlling the performance of a fuel cell stack by analyzing the voltage of the fuel cell stack, and as a result, the performance is restored in time to prevent damage or destruction of the fuel cell.

Spezieller ausgedrückt kann ein Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten: einen Schritt des Bestimmens einer Ausgangsleistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels durch das Vergleichen der Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem eine bestimmte Zeit verstrichen ist, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung, und das Wiederherstellen der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle basierend auf einer Bestimmung, dass die Leistungsfähigkeit abnimmt.More specifically, a method of controlling a performance of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention may include: a step of determining an output performance of the fuel cell stack by comparing the difference between an initial voltage and a voltage after a certain time has elapsed with the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage, and restoring the performance of the fuel cell based on a determination that the performance is degrading.

Im Speziellen kann das beispielhafte System konfiguriert sein, um die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels zu bestimmen, indem eine vorher festgelegte Zeit verstrichen ist. Demnach wird die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels bestimmt, dass sie geringer als eine minimal erforderliche Leistungsfähigkeit ist, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem eine vorher festgelegte Zeit verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung ist.Specifically, the example system may be configured to determine the performance of the fuel cell stack by a predetermined time elapsing. Accordingly, the performance of the fuel cell stack is determined to be less than a minimum required performance when the difference between an initial voltage and a voltage after a predetermined time has elapsed is greater than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage .

Das Verfahren des Steuerns der Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Schritt des Betreibens des Brennstoffzellenstapels bei einem erhöhten Druck durch das Erhöhen der Drücke von Wasserstoff und Luft innerhalb des Brennstoffzellenstapel beinhalten, wenn eine Bestimmung durchgeführt wird, dass die Leistungsfähigkeit erniedrigt wird.The method of controlling the performance of a fuel cell stack of the present invention may further include a step of operating the fuel cell stack at an elevated pressure by increasing the pressures of hydrogen and air within the fuel cell stack when a determination is made that the performance is being decreased.

Das Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung kann ferner einen ersten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes beinhalten, nachdem der Brennstoffzellenstapel bei einem zunehmenden Druck für eine vorher eingestellte Zeit betrieben wird. Das heißt, die Analyse wird kontinuierlich oder wiederholt iterativ durchgeführt, so dass der Brennstoffzellenstapel kontinuierlich überwacht wird.The method of controlling a performance of a fuel cell stack of the present invention may further include a first step of re-determining performing the determining step again after the fuel cell stack is operated at an increasing pressure for a preset time. That is, the analysis is performed continuously or repeatedly iteratively so that the fuel cell stack is continuously monitored.

Das Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Schritt des Steuerns eines Spülens des Wasserstoffes von dem Brennstoffzellenstapel durch das Zunehmen einer Spülmenge an Wasserstoff und das Verkürzen eines Spülzyklus an Wasserstoff beinhalten, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem eine vorher festgelegte Zeit verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten Minimalspannung in dem ersten erneuten Bestimmungsschritt ist.The method of controlling a performance of a fuel cell stack of the present invention may further include a step of controlling purging of the hydrogen from the fuel cell stack by increasing a purging amount of hydrogen and decreasing a Include hydrogen purge cycle when the difference between an initial voltage and a voltage after a predetermined time has elapsed is greater than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage in the first redetermination step.

Das Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung kann ferner einen zweiten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach dem Spülungssteuerschritt beinhalten.The method of controlling a performance of a fuel cell stack of the present invention may further include a second re-determining step of performing the determining step again after the purge control step.

Das Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Schritt des Einführens von Luft zu einer Wasserstoff-Rückzirkulationsleitung des Brennstoffzellenstapels beinhalten, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem eine vorher festgelegte Zeit verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem zweiten erneuten Schritt des Bestimmens ist.The method of controlling a performance of a fuel cell stack of the present invention may further include a step of introducing air to a hydrogen recirculation line of the fuel cell stack when the difference between an initial voltage and a voltage after a predetermined time has elapsed is greater than the difference between the initial tension and a preset minimum tension in the second re-step of determining.

Das Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung kann ferner einen dritten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach dem Lufteinführschritt beinhalten.The method of controlling a performance of a fuel cell stack of the present invention may further include a third step of re-determining performing the determining step again after the air introduction step.

Das System und das Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Schritt des Spülens bzw. Säuberns eines Wasserstoffspeicherreservoirs beinhalten, in welchem der Wasserstoff, welcher an den Brennstoffzellenstapel zu liefern ist, gespeichert wird, und indem das Wasserstoffspeicherreservoir erneut mit neuem Wasserstoff aufgeladen wird, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem eine vorher festgelegte Zeit verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten Minimalspannung in dem dritten Schritt des erneuten Bestimmens ist.The system and the method of controlling a performance of a fuel cell stack of the present invention may further include a step of purging a hydrogen storage reservoir in which the hydrogen to be supplied to the fuel cell stack is stored, and by the hydrogen storage reservoir again with new hydrogen is charged when the difference between an initial voltage and a voltage after a predetermined time has elapsed is larger than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage in the third step of redetermining.

Figurenlistecharacter list

Die obigen und anderen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben, welche durch die beigefügten Zeichnungen erläutert werden, welche hier nachfolgend nur der Erläuterung dienend gegeben werden und damit nicht eingrenzend für die vorliegende Erfindung sind, und in welchen:

  • 1 ein Ablaufdiagramm ist, welches ein Verfahren des Steuerns der Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels darstellt, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Graph ist, welcher die Variation der Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels entsprechend einer Stromänderung bei einem normalen Zustand, einem trockenen Zustand und einem Zustand unter Druck darstellt;
  • 3 ein Graph ist, welcher die Variation der Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels entsprechend einer Kohlenstoffmonoxid-(CO-)Konzentration innerhalb des Wasserstoffes darstellt;
  • 4A und 4B Graphen sind, welche die Variation der CO-Konzentration bei einem Einlassen des Wasserstoffes und der Variation der CO-Konzentration bei einem Einlass des Wasserstoff-Rezirkulationssystems darstellen, entsprechend jeweils eines Spülzyklus und einer Spülmenge;
  • 5 ein Graph ist, welcher Spannungsvariationen eines Brennstoffzellenstapels darstellt, wenn der Brennstoffzellenstapel bei einer Wasserstoffkonzentration niedriger als ein normaler Zustand statisch strombetrieben wird; und
  • 6 ein Graph ist, welcher Variationen des Stromes und der Spannung bei einem Vergiftungszustand des CO und bei einem Zustand des Luftzuführens zu einer Wasserstoffseite darstellt.
The above and other features of the present invention will now be described in detail with reference to certain exemplary embodiments thereof, which will be illustrated by the accompanying drawings, which are given hereinafter by way of illustration only and are therefore not limitative of the present invention, and in which:
  • 1 12 is a flow chart illustrating a method of controlling the performance of a fuel cell stack, according to an exemplary embodiment of the present invention;
  • 2 Fig. 12 is a graph showing the variation in performance of a fuel cell stack according to a current change in a normal condition, a dry condition, and a pressurized condition;
  • 3 Fig. 12 is a graph showing the variation in performance of a fuel cell stack according to a carbon monoxide (CO) concentration within hydrogen;
  • 4A and 4B are graphs showing the variation in CO concentration at an inlet of the hydrogen and the variation in CO concentration at an inlet of the hydrogen recirculation system, corresponding to a scavenging cycle and a scavenging amount, respectively;
  • 5 Fig. 12 is a graph showing voltage variations of a fuel cell stack when the fuel cell stack is statically current-operated at a hydrogen concentration lower than a normal state; and
  • 6 13 is a graph showing variations of current and voltage in a poisoning state of CO and in a state of supplying air to a hydrogen side.

Es sollte davon ausgegangen werden, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, welche eine irgendwie vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hier offenbart ist, präsentieren, wobei zum Beispiel spezielle Abmessungen, Orientierungen, Platzierungen und Formen beinhaltet sind, welche zum Teil durch die speziell beabsichtigte Anwendungs- und Gebrauchsumgebung bestimmt sind.It should be understood that the appended drawings are not necessarily to scale, presenting a somewhat simplified representation of various preferred features of the present invention as disclosed herein, including, for example, specific dimensions, orientations, placements, and shapes which determined in part by the particular intended application and use environment.

In den Figuren beziehen sich Bezugszahlen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung, über mehrere Figuren der Zeichnung hinweg.In the figures, reference numbers refer to the same or equivalent parts of the present invention throughout the several figures of the drawing.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die speziellen Konfigurationen und funktionellen Beschreibungen sind nur beispielhaft für das Beschreiben der Ausführungsformen entsprechend der vorliegenden Erfindung, und ferner können die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch verschiedene Modifikationen ersetzt werden, und demnach sollten sie nicht als begrenzend hierfür interpretiert werden.The specific configurations and functional descriptions are only examples for describing the embodiments according to the present invention, and further the embodiments of the present invention can be replaced with various modifications, and accordingly they should not be construed as limiting thereto.

Obwohl die Terme, wie zum Beispiel ein erster und ein zweiter, benutzt werden, um verschiedene Komponenten zu beschreiben, sind jedoch die Komponenten nicht auf diese Terme beschränkt. Diese Terme werden nur benutzt, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, zum Beispiel kann die erste Komponente als die zweite Komponente bezeichnet werden, oder die zweite Komponente kann als die erste Komponente bezeichnet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.However, although terms such as a first and a second are used to describe various components, the components are not limited to these terms. These terms are only used to distinguish one component from another, for example the first component can be referred to as the second component or the second component can be referred to as the first component without departing from the scope of the present invention.

Es sollte auch davon ausgegangen werden, dass, wenn aufgeführt wird, dass eine Komponente an eine andere Komponente „angeschlossen“ oder „gekoppelt“ ist, sogar wenn eine Komponente direkt an die andere Komponente angeschlossen oder gekoppelt ist, jedoch andere Komponenten zwischen diesen sein können. Jedoch ist davon auszugehen, dass, wenn aufgeführt wird, dass eine Komponente an eine andere Komponente „direkt angeschlossen“ oder „direkt gekoppelt“ ist, es keine dazwischenliegende Komponente zwischen diesen gibt. Die Terme, welche für das Beschreiben einer Beziehung zwischen anderen Komponenten benutzt werden, das heißt „zwischen“, „rechts dazwischen“, „benachbart zu“ oder „direkt benachbart zu“, sind in ähnlicher Weise zu interpretieren.It should also be understood that when a component is stated to be "connected" or "coupled" to another component, even if one component is directly connected or coupled to the other component, there may be other components between them . However, when a component is stated to be “directly connected” or “directly coupled” to another component, it should be understood that there is no intervening component between them. The terms used to describe a relationship between other components, ie, "between," "right between," "adjacent to," or "directly adjacent to," are to be interpreted in a similar manner.

Die hier benutzte Terminologie dient nur dem Zwecke des Beschreibens spezieller Ausführungsformen, und es ist nicht beabsichtigt, die Ausführungsformen zu begrenzen. Wie es hier benutzt wird, es sei denn, es wird auf andere Weise definiert, sollen die Singularformen „ein, eine, eines“ und „der, die, das“ ebenso die Pluralformen beinhalten. Es sei denn, der Kontext zeigt etwas anderes an, ist ferner davon auszugehen, dass die Terme „aufweist“ und/oder „besitzt“, wenn sie in dieser Spezifikation benutzt werden, das Vorhandensein der aufgeführten Merkmale, Integer, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Integer, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten, Teilen oder eine Kombination davon ausschließen.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the embodiments. As used herein, unless otherwise defined, the singular forms "a" and "the" are intended to include the plural forms as well. Furthermore, unless the context indicates otherwise, the terms "comprises" and/or "haves" as used in this specification are intended to indicate the presence of the listed characteristics, integers, steps, operations, elements and/or specify components, but does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, parts or a combination thereof.

Alle Terme, welche die technische oder wissenschaftliche Terminologie beinhalten, welche hier benutzt wird, haben die gleiche Bedeutung, wie dies allgemein von einem Fachmann verstanden wird, zu welchen beispielhafte Ausführungsformen gehören. Es ist ferner davon auszugehen, dass die Terme, wie zum Beispiel jene, welche in den allgemein benutzten Wörterbüchern definiert sind, interpretiert werden sollen, dass sie eine Bedeutung besitzen, welche mit ihrer Bedeutung entsprechend dem Kontext der relevanten Fachwelt konsistent sind, und sollen nicht in einem idealisierten oder übertriebenen formalen Sinne interpretiert werden, es sei denn, es wird ausdrücklich hier so definiert.All terms, including technical or scientific terminology, used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which exemplary embodiments pertain. It is further understood that terms, such as those defined in commonly used dictionaries, are intended to and should not be interpreted as having a meaning consistent with their meaning according to the context of the relevant art be interpreted in an idealized or exaggerated formal sense, unless expressly so defined herein.

Zusätzlich ist davon auszugehen, dass die nachfolgenden Verfahren wenigstens durch ein Steuerglied ausgeführt werden. Der Term Steuerglied bezieht sich auf eine Hardwareeinrichtung, welche einen Speicher und einen Prozessor beinhaltet, welche konfiguriert sind, einen oder mehrere Schritte auszuführen, was als dessen algorithmische Struktur interpretiert werden sollte. Der Speicher ist konfiguriert, algorithmische Schritte zu speichern, und der Prozessor ist speziell konfiguriert, diese algorithmischen Schritte auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, welche weiter unten beschrieben werden.In addition, it can be assumed that the following methods are carried out by at least one control element. The term controller refers to a hardware device that includes a memory and a processor configured to perform one or more steps, which should be interpreted as its algorithmic structure. The memory is configured to store algorithmic steps and the processor is specifically configured to execute those algorithmic steps to perform one or more processes described below.

Außerdem kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht-transitorische, von einem Computer lesbare Medien auf einem von einem Computer lesbaren Medium eingebettet sein, welches ausführbare Programminstruktionen enthält, welche durch einen Prozessor, Steuerglied oder Ähnliches ausgeführt werden. Beispiel der vom Computer lesbaren Medien beinhalten, sind jedoch nicht begrenzt auf ROM, RAM, Kompakt-Disc-(CD-) ROMS, Magnetbändern, Floppy Disks, Flash-Laufwerke, Smartkarten und optische Datenspeichereinrichtungen. Das vom Computer lesbare Aufzeichnungsmedium kann auch in Computersystemen, welche an ein Netz gekoppelt sind, verteilt sein, so dass die vom Computer lesbaren Medien auf eine verteilte Weise gespeichert und ausgeführt werden, z.B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network bzw. Steuerglied-Flächennetz (CAN) .In addition, the control logic of the present invention may be embodied as non-transitory computer-readable media on a computer-readable medium containing executable program instructions that are executed by a processor, controller, or the like. Examples of computer-readable media include, but are not limited to, ROM, RAM, compact disc (CD) ROMS, magnetic tape, floppy disks, flash drives, smart cards, and optical data storage devices. The computer-readable recording medium may also be distributed in computer systems coupled to a network such that the computer-readable media is stored and executed in a distributed manner, e.g., by a telematics server or controller area network -area network (CAN) .

Es ist davon auszugehen, dass der Term „Fahrzeug“ oder „fahrzeugartig“ oder ein anderer ähnlicher Term, wie er hier benutzt wird, inklusive für Motorfahrzeuge im Allgemeinen ist, wie zum Beispiel für Personenautomobile, wobei Fahrzeuge für den Sportgebrauch (SUV), Omnibusse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge beinhaltet sind, wobei eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und ähnliches und wobei Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennungs-, elektrisch anschließbare Hybrid-Fahrzeuge, Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff (z.B. Kraftstoffen, welche von Ressourcen anders als Öl abgeleitet sind) beinhaltet sind.As used herein, the term "vehicle" or "vehicle-like" or other similar term is intended to be inclusive of motor vehicles in general, such as passenger automobiles, including sports utility vehicles (SUVs), buses , trucks, various commercial vehicles, marine vehicles, a variety of boats and ships, airplanes and the like, and including hybrid vehicles, electric vehicles, internal combustion, plug-in hybrid vehicles, hydrogen-powered vehicles and other alternative fuel vehicles (e.g. fuels, derived from resources other than oil) are included.

Hier nachfolgend werden nun Referenz- bzw. Bezugsziffern im Detail für verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben, von welchen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unten beschrieben werden. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten.Hereinafter, reference numerals will now be given in detail to various embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings and described below. In the drawings, like reference numbers refer to like components.

1 ist ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren des Steuerns der Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels darstellt, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Hauptmittel für das Steuern der Leistungsfähigkeiten eines Brennstoffzellenstapels kann ein Steuerglied (nicht gezeigt) sein, welches insgesamt den Brennstoffzellenstapel über einen speziellen Aufgabenprozessor und einen Speicher steuert, der speziell konfiguriert ist, den Brennstoffzellenstapel zu steuern, wie er hier beschrieben ist. Im Speziellen bestimmt das Steuerglied die Ausgangsleistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels durch das Vergleichen der Differenz zwischen einer Anfangsspannung V1 und einer Spannung V2, nachdem eine vorher festgelegte Zeit verstrichen ist, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 und einer vorher eingestellten minimalen Spannung V3 S101. 1 FIG. 12 is a flow chart illustrating a method of controlling the performance of a fuel cell stack, according to an exemplary embodiment of the present invention. A primary means of controlling the performance of a fuel cell stack may be a controller (not shown) that overall controls the fuel cell stack via a dedicated task processor and memory that is specifically configured to control the fuel cell stack as described herein. Specifically, the controller determines the output performance of the fuel cell stack by comparing the difference between an initial voltage V1 and a voltage V2 after a predetermined time has elapsed with the difference between the initial voltage V1 and a preset minimum voltage V3 S101.

Hier bezieht sich die Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels auf eine Spannung direkt nach dem Einschalten eines Fahrzeugs (d.h. auf eine Startspannung), die voreingestellte minimale Spannung V3 bezieht sich auf eine Standardspannung eines Brennstoffzellenstapels, gerade bevor er ersetzt werden muss, d.h. eine Standardspannung, bei welcher es Zeit ist, den Brennstoffzellenstapel zu ersetzen. Das Steuerglied bestimmt, dass die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels niedriger als die minimal erforderliche Leistungsfähigkeit derselben ist, wenn die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für eine vorher festgelegte Zeitperiode betrieben wird, größer ist als die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der vorher eingestellten minimalen Spannung V3, durch das Vergleichen der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoff zellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für eine vorher festgelegte Zeitperiode betrieben wird, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der vorher eingestellten minimalen Spannung V3 S101. Das Abnehmen der Ausgangsleistungsfähigkeit kann zum Beispiel durch ein Austrocknen oder eine Kontamination des Brennstoffzellenstapels verursacht sein.Here, the initial voltage V1 of the fuel cell stack refers to a voltage just after a vehicle is turned on (i.e., a starting voltage), the preset minimum voltage V3 refers to a standard voltage of a fuel cell stack just before it needs to be replaced, i.e., a standard voltage at which it's time to replace the fuel cell stack. The controller determines that the output power of the fuel cell stack is lower than the minimum required performance thereof when the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the voltage V2 thereof after a fuel cell vehicle is operated for a predetermined period of time is greater than the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the preset minimum voltage V3, by comparing the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the voltage V2 thereof after a fuel cell vehicle is operated for a predetermined period of time with the difference between the initial voltage V1 of the Fuel cell stack and the previously set minimum voltage V3 S101. The decrease in output performance may be caused by drying out or contamination of the fuel cell stack, for example.

Hier, wenn die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für eine vorher festgelegte Zeitperiode betrieben ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der vorher eingestellten minimalen Spannung V3 ist, ist das Steuerglied (nicht gezeigt) konfiguriert, den Betrieb des Brennstoffzellenstapels zu steuern und steuert diesen, um den Brennstoffzellenstapel bei einem erhöhten Druck zu betreiben, durch das Erhöhen der Drücke des Wasserstoffs und der Luft innerhalb des Brennstoffzellenstapels S103. Als ein Ergebnis kann der Austrocknungszustand des Brennstoffzellenstapels verbessert werden, da eine absolute Feuchtigkeit vermindert wird und eine relative Feuchtigkeit erhöht wird, wenn der Brennstoffzellenstapel bei einem erhöhten Druck betrieben wird.Here, when the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the voltage V2 thereof after a fuel cell vehicle is operated for a predetermined period of time is greater than the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the preset minimum voltage V3, the control member is (not shown) is configured to control and controls the operation of the fuel cell stack to operate the fuel cell stack at an elevated pressure by increasing the pressures of the hydrogen and air within the fuel cell stack S103. As a result, the dry-up state of the fuel cell stack can be improved since absolute humidity is decreased and relative humidity is increased when the fuel cell stack is operated at an increased pressure.

2 ist ein Graph, welcher die Variation der Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels in Abhängigkeit von Stromvariationen bei einem normalen Zustand, einem Trocknungszustand und einem Druckaufbringungszustand darstellt. Wie in 2 gezeigt wird, wenn der Brennstoffzellenstapel in dem Austrocknungszustand ist, ist der Brennstoffzellenstapel bei einem erhöhten Druck zu betreiben, um damit die Ausgangsleistungsfähigkeit desselben zu verbessern. 2 14 is a graph showing the variation in performance of a fuel cell stack depending on current variations in a normal state, a dry state, and a pressurizing state. As in 2 As shown, when the fuel cell stack is in the dry dry condition, the fuel cell stack is to be operated at an elevated pressure to thereby improve the output performance thereof.

Indessen kann das Steuerglied nach dem Betreiben des Brennstoffzellenstapels bei einem zunehmenden Druck für eine vorher eingestellte Zeit bestimmen, dass der Brennstoffzellenstapel mit CO-Vergiftung kontaminiert ist, wenn die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für eine vorher festgelegte Zeitperiode betrieben wird, noch größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der vorher eingestellten minimalen Spannung V3 ist, trotz des Betreibens des Brennstoffzellenstapels bei einem erhöhten Druck, durch Vergleichen der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug für eine vorher festgelegte Zeitperiode betrieben wird, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der vorher eingestellten minimalen Spannung V3 S105.Meanwhile, after operating the fuel cell stack at an increasing pressure for a preset time, the controller can determine that the fuel cell stack is contaminated with CO poisoning when the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the voltage V2 of the same after a fuel cell vehicle for a predetermined period of time is still greater than the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the preset minimum voltage V3, despite operating the fuel cell stack at an elevated pressure, by comparing the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the voltage V2 of the same after the fuel cell vehicle is operated for a predetermined period of time with the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the preset minimum voltage V3 S105.

3 ist ein Graph, welcher die Variation der Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels abhängig von der CO-Konzentration innerhalb des Wasserstoffs darstellt. Mit Bezug auf 3 bezieht sich die Nachkontamination auf eine hohe CO-Konzentration innerhalb des Wasserstoffs, und die minimale erforderliche Leistungsfähigkeit bezieht sich auf die Ausgangsleistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels entsprechend zu der vorher eingestellten minimalen Spannung V3, wobei gezeigt wird, dass die Ausgangsleistungsfähigkeiten der Vor-Kontamination und nach dem Betrieb, um die Leistungsfähigkeit wiederherzustellen, im Wesentlichen ähnlich sind und die Ausgangsleistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels nach der Kontamination viel niedriger als die Ausgangsleistungsfähigkeit entsprechend zu der vorher eingestellten minimalen Spannung V3 ist. 3 13 is a graph showing the variation in fuel cell stack performance depending on the CO concentration within hydrogen. Regarding 3 the post-contamination refers to a high CO concentration within the hydrogen, and the minimum required performance refers to the output performance of the fuel cell stack corresponding to the preset minimum voltage V3, showing that the output performances of the pre-contamination and after the operation to restore performance, essentially similar and the output capability of the fuel cell stack after the contamination is much lower than the output capability corresponding to the preset minimum voltage V3.

Bezüglich dazu ist 5 ein Graph, welcher die Spannungsvariation des Brennstoffzellenstapels darstellt, wenn der Brennstoffzellenstapel bei einer Wasserstoffkonzentration statisch strombetrieben wird, niedriger als die bei einem normalen Zustand, wobei gezeigt wird, dass die Spannung der Brennstoffzelle allmählich, wenn die Zeit verstreicht, vermindert wird, wenn die Wasserstoffkonzentration niedriger als die bei einem normalen Zustand aufgrund von CO-Vergiftung ist.Regarding this is 5 a graph showing the voltage variation of the fuel cell stack when the fuel cell stack is static current-operated at a hydrogen concentration lower than that in a normal state, showing that the voltage of the fuel cell is gradually reduced as time elapses as the hydrogen concentration decreases is lower than that in a normal condition due to CO poisoning.

Das Steuerglied kann den Spülzyklus und die Spülmenge des Wasserstoffs steuern, um die CO-Kontamination zu verbessern S107. Detaillierter ausgedrückt kann das Steuerglied den Spülzyklus des Wasserstoffes vermindern und die Spülmenge des Wasserstoffes erhöhen. Das heißt, der Wasserstoff sollte durch das Vermindern des Spülzyklus des Wasserstoffes häufiger gespült werden, und mehr Wasserstoff sollte durch das Erhöhen der Spülmenge an Wasserstoff gespült werden, um so die CO-Konzentration innerhalb des Wasserstoffes, welcher mit CO vergiftet ist, zu vermindern.The controller can control the scavenging cycle and the scavenging amount of the hydrogen to improve the CO contamination S107. In more detail, the controller can reduce the scavenging cycle of hydrogen and increase the scavenging amount of hydrogen. That is, the hydrogen should be scavenged more frequently by decreasing the scavenging cycle of the hydrogen, and more hydrogen should be scavenged by increasing the scavenging amount of hydrogen so as to decrease the CO concentration within the hydrogen poisoned with CO.

Diesbezüglich sind 4A und 4B Graphen, welche die Konzentrationsvariation von CO beim Einlass von Wasserstoff und die Konzentrationsvariation von CO bei dem Einlass des Wasserstoff-Rezirkulationssystems zeigen, jeweils entsprechend zu einem Spülzyklus und einer Spülmenge. Wie in 4A und 4B gezeigt wird, werden die CO-Konzentrationen bei einem Einlass von Wasserstoff und einem Einlass des Wasserstoff-Rezirkulationssystems vermindert, wenn die Zeit verstreicht, wenn der Spülzyklus des Wasserstoffes auf die Hälfte reduziert wird, und die Spülmenge des Wasserstoffs wird zweifach erhöht.In this regard 4A and 4B Graphs showing the concentration variation of CO at the inlet of hydrogen and the concentration variation of CO at the inlet of the hydrogen recirculation system, respectively corresponding to a purge cycle and a purge amount. As in 4A and 4B As shown, the CO concentrations at an inlet of hydrogen and an inlet of the hydrogen recirculation system are reduced as time elapses when the scavenging cycle of hydrogen is reduced to half, and the scavenging amount of hydrogen is increased twice.

Das heißt, das Steuerglied kann die Kontamination des CO durch das Erhöhen des Betrages des Wasserstoffes, welcher gespült wird, und durch das Verkürzen des Spülzyklus des Wasserstoffes (d.h. Erhöhen der Frequenz) reduzieren, wenn die Ausgangsleistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels noch niedriger als die minimal erforderliche Leistungsfähigkeit ist, auf Grund des erneuten Bestimmens des Zustands des Brennstoffzellenstapels, trotz des Austrocknungszustandes des Brennstoffzellenstapels, welcher durch das Betreiben des Brennstoffzellenstapels bei einem erhöhten Druck verbessert wird.That is, the controller can reduce CO contamination by increasing the amount of hydrogen that is purged and by shortening the hydrogen purge cycle (i.e., increasing the frequency) when the output capability of the fuel cell stack is still lower than the minimum required capability is, due to re-determining the condition of the fuel cell stack, despite the dry-out condition of the fuel cell stack, which is ameliorated by operating the fuel cell stack at an elevated pressure.

Nach dem Reduzieren der CO-Konzentration durch das Erhöhen der Menge an Wasserstoff und das Verkürzen des Spülzyklus des Wasserstoffes kann das Steuerglied Luft zu einer Wasserstoff-Rezirkulationsleitung einleiten und eine Kohlenstoffmonoxid-Reduktion durch das Wandeln dieser in Kohlenstoffdioxid S111 induzieren, wenn die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für eine vorher festgelegte Zeitperiode betrieben wird, größer ist als die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der vorher eingestellten minimalen Spannung V3, trotz des Erhöhens der Menge an gespültem Wasserstoff und des Verkürzens des Spülzyklus, durch Vergleichen wieder der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für eine vorher festgelegte Zeitperiode betrieben wird, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoff zellenstapels und der vorher eingestellten Minimalspannung V3 S109.After reducing the CO concentration by increasing the amount of hydrogen and shortening the hydrogen purge cycle, the controller can introduce air to a hydrogen recirculation line and induce carbon monoxide reduction by converting it to carbon dioxide S111 when the difference between the Initial voltage V1 of the fuel cell stack and the voltage V2 thereof after a fuel cell vehicle is operated for a predetermined period of time is greater than the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the preset minimum voltage V3, despite increasing the amount of purged hydrogen and the Shortening the scavenging cycle by again comparing the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the voltage V2 thereof after a fuel cell vehicle is operated for a predetermined period of time with the difference between de r initial voltage V1 of the fuel cell stack and the previously set minimum voltage V3 S109.

Diesbezüglich ist 6 ein Graph, welcher die Variationen des Stromes und die Spannung bei dem Vergiftungszustand des CO und bei dem Zustand des Lufteinführens zu einer Wasserstoffseite darstellt. Mit Bezug auf 6 wird gezeigt, dass die Variationen des Stromes und der Spannung in dem Zustand der CO-Vergiftung und nach dem Einführen der Luft jeweils unterschiedlich sind.In this regard 6 14 is a graph showing the variations of the current and the voltage in the poisoning state of CO and in the state of introducing air to a hydrogen side. Regarding 6 it is shown that the variations of the current and the voltage in the state of CO poisoning and after the introduction of the air are respectively different.

Nach dem Entfernen von Kohlenstoffmonoxid als ein Kontaminat durch das Einführen von Luft zu der Wasserstoff-Rezirkulationsleitung kann das Steuerglied den gesamten gespeicherten Wasserstoff in das Wasserstoff-Speicherreservoir eines Wasserstofftanks spülen und das Reservoir mit neuem Wasserstoff aufladen S115, wenn die Differenz zwischen dem Anfangsstrom V1 des Brennstoffzellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für die vorher festgelegte Zeitperiode fährt, größer ist als die Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der vorher eingestellten Minimalspannung V3, durch Vergleichen wieder der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der Spannung V2 desselben, nachdem ein Brennstoffzellenfahrzeug für die vorher festgelegte Zeitperiode fährt, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung V1 des Brennstoffzellenstapels und der vorher eingestellten minimalen Spannung V3 S113.After removing carbon monoxide as a contaminant by introducing air to the hydrogen recirculation line, the controller can flush all the stored hydrogen into the hydrogen storage reservoir of a hydrogen tank and charge the reservoir with new hydrogen S115 when the difference between the initial current V1 of the Fuel cell stack and the voltage V2 thereof, after a fuel cell vehicle runs for the predetermined period of time, is greater than the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the preset minimum voltage V3, by again comparing the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the voltage V2 of the same after a fuel cell vehicle runs for the predetermined period of time with the difference between the initial voltage V1 of the fuel cell stack and the preset minimum voltage V3 S113.

Entsprechend einem System und Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Gründe für das Abnehmen der Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels leicht bestimmt werden, und das obige System und Verfahren können das System steuern, um die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels basierend auf den bestimmten Gründen für die Abnahme in der Leistungsfähigkeit zu erhöhen, wodurch es ermöglicht wird, schnell die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels wiederherzustellen.According to a system and method of controlling a performance of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention, the reasons for the decrease in the performance of the fuel cell stack can be determined easily, and the above system and method can control the system control to increase the performance of the fuel cell stack based on the determined reasons for the decrease in performance, thereby making it possible to quickly restore the performance of the fuel cell stack.

Die Erfindung wurde im Detail mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen derselben beschrieben. Jedoch wird von Fachleuten gewürdigt werden, dass Veränderungen in diesem Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, wobei der Umfang derselben in den angehängten Ansprüchen definiert wird.The invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments thereof. However, it will be appreciated by those skilled in the art that changes can be made in these embodiments without departing from the principles and spirit of the invention, the scope of which is defined in the appended claims.

Claims (8)

Verfahrens des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels, welches aufweist: Warten, durch ein Steuerglied, bis eine Zeitperiode verstrichen ist; sobald die Zeitperiode verstrichen ist, Bestimmen, durch das Steuerglied, einer Ausgangsleistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels, durch Vergleichen der Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die Zeitperiode verstrichen ist, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung; Bestimmen, durch das Steuerglied, ob die Ausgangsleistungsfähigkeit abnimmt; in Antwort auf das Abnehmen der Ausgangsleistungsfähigkeit Bestimmen, durch das Steuerglied, basierend auf dem Vergleich, weshalb die Leistungsfähigkeit abnimmt; Ausführen, durch das Steuerglied, von Prozessen, um die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels zu erhöhen, Betreiben des Brennstoffzellenstapels bei einem erhöhten Druck durch das Erhöhen eines Wasserstoffdruckes und einer Menge an Luft innerhalb des Brennstoffzellenstapels entsprechend zu dem Bestimmungsergebnis, einen ersten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach Betreiben des Brennstoffzellenstapels bei einem erhöhten Druck für eine zusätzliche Zeitperiode, Steuern des Spülens durch Erhöhen einer Spülmenge an Wasserstoff und Verkürzen eines Spülzyklus des Wasserstoffes, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem eine Zeitperiode verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem ersten Schritt des erneuten Bestimmens ist, einen zweiten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach dem SpülSteuerschritt, Zuführen von Luft zu einer Wasserstoff-Rezirkulationsleitung des Brennstoffzellenstapels, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die zusätzliche Zeitperiode verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem zweiten Schritt des erneuten Bestimmens ist.A method of controlling a performance of a fuel cell stack, comprising: waiting, by a controller, until a period of time has elapsed; once the period of time has elapsed, determining, by the controller, an output capability of the fuel cell stack by comparing the difference between an initial voltage and a voltage after the period of time has elapsed with the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage; determining, by the controller, whether the output capability is decreasing; in response to the output performance decreasing, determining, by the controller, based on the comparison, why the performance is decreasing; executing, by the controller, processes to increase the performance of the fuel cell stack, operating the fuel cell stack at an increased pressure by increasing a hydrogen pressure and an amount of air inside the fuel cell stack according to the determination result, a first step of redetermining performing the determining step again after operating the fuel cell stack at an elevated pressure for an additional period of time, Controlling the scavenging by increasing a scavenging amount of hydrogen and shortening a scavenging cycle of the hydrogen when the difference between an initial voltage and a voltage after a period of time has elapsed is greater than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage in the first step of redetermination is a second re-determining step of re-performing the determining step after the purge control step, supplying air to a hydrogen recirculation line of the fuel cell stack when the difference between an initial voltage and a voltage after the additional time period has elapsed is greater than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage in the second step of redetermining. Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: Bestimmen, durch das Steuerglied, dass die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels, nachdem die Zeitperiode verstrichen ist, geringer als eine minimal erforderliche Leistungsfähigkeit ist, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die Zeit verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung ist.Method of controlling a performance of a fuel cell stack claim 1 further comprising: determining, by the controller, that the performance of the fuel cell stack after the period of time has elapsed is less than a minimum required performance if the difference between an initial voltage and a voltage after the time has elapsed is greater than the is the difference between the initial tension and a preset minimum tension. Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: einen dritten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach dem Luftzuführungsschritt.Method of controlling a performance of a fuel cell stack claim 1 further comprising: a third re-determining step of re-performing the determining step after the air supply step. Verfahren des Steuerns einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach Anspruch 3, welches ferner aufweist: Spülen eines Wasserstoff-Speicherreservoirs, in welchem der Wasserstoff, welcher an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen ist, gespeichert wird, und erneutes Aufladen des Wasserstoff-Speicherreservoirs mit neuem Wasserstoff, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die Zeitperiode verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem dritten Schritt des erneuten Bestimmens ist.Method of controlling a performance of a fuel cell stack claim 3 further comprising: purging a hydrogen storage reservoir in which the hydrogen to be supplied to the fuel cell stack is stored, and recharging the hydrogen storage reservoir with new hydrogen when the difference between an initial voltage and a voltage after the period of time has elapsed is greater than the difference between the initial tension and a preset minimum tension in the third redetermination step. Steuerglied zum Steuern einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels, wobei das Steuerglied aufweist: einen Prozessor, welcher konfiguriert ist, einen oder mehrere Prozesse auszuführen; einen Speicher, welcher konfiguriert ist, den einen oder mehrere Prozesse, welche durch den Prozessor ausführbar sind, zu speichern, wobei der eine oder mehrere Prozesse beinhalten: Warten, dass eine Zeitperiode verstreicht; sobald die Zeitperiode verstrichen ist, Bestimmen einer Ausgangsleistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels durch das Vergleichen der Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die Zeitperiode verstrichen ist, mit der Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten Minimalspannung; Bestimmen, ob die Ausgangsleistungsfähigkeit am Abnehmen ist; in Antwort, dass die Ausgangsleistungsfähigkeit abnimmt, Bestimmen, basierend auf dem Vergleich, warum die Leistungsfähigkeit am Abnehmen ist; und Ausführen von Prozessen, um die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels zu erhöhen, wobei der eine oder mehrere Prozesse ferner beinhalten: Betreiben des Brennstoffzellenstapels bei einem erhöhten Druck, durch das Erhöhen eines Wasserstoffdruckes und einer Luftmenge innerhalb des Brennstoffzellenstapels, entsprechend zu dem Bestimmungsergebnis, wobei der eine oder mehrere Prozesse ferner beinhalten: einen ersten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes, nachdem der Brennstoffzellenstapel bei einem erhöhten Druck für eine zusätzliche Zeitperiode betrieben wird, wobei der eine oder mehrere Prozesse ferner beinhalten: Steuern des Spülens durch Erhöhen einer Spülmenge an Wasserstoff und Verkürzen eines Spülzyklus des Wasserstoffs, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die Zeit verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem ersten Schritt des erneuten Bestimmens ist, wobei der eine oder mehrere Prozesse ferner beinhalten: einen zweiten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach dem Spülsteuerschritt, wobei der eine oder mehrere Prozesse ferner beinhalten: Zuführen von Luft zu einer Wasserstoff-Rezirkulationsleitung des Brennstoffzellenstapels, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die zusätzliche Zeitperiode verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem zweiten Schritt des erneuten Bestimmens ist.A controller for controlling a performance of a fuel cell stack, the controller comprising: a processor configured to execute one or more processes; a memory configured to store the one or more processes executable by the processor, the one or more processes including: waiting for a period of time to elapse; once the period of time has elapsed, determining an output performance of the fuel cell stack by comparing the difference between an initial voltage and a voltage after the period of time has elapsed with the difference between the initial voltage and a previously set minimum voltage; determining whether the output capability is decreasing; in response to the output performance decreasing, determining, based on the comparison, why the performance is decreasing; and performing processes to increase the performance of the fuel cell stack, the one or more processes further including: operating the fuel cell stack at an increased pressure by increasing a hydrogen pressure and an air amount within the fuel cell stack according to the determination result, wherein the one or more processes further include: a first step of re-determining performing the determining step again after the fuel cell stack is operated at an elevated pressure for an additional period of time, wherein the one or more processes further include: controlling purging by increasing a purge amount of hydrogen and shortening a purge cycle of the hydrogen when the difference between an initial voltage and a voltage after the time has elapsed is greater than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage in the first redetermining step is, wherein the one or more processes further include: a second redetermining step of re-performing the determining step after the purge control step, wherein the one or more processes further include: supplying air to a hydrogen recirculation line of the fuel cell stack when the difference between an initial voltage and a voltage after the additional period of time has elapsed is greater than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage in the second step of redetermining. Steuerglied für das Steuern einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach Anspruch 5, wobei der eine oder mehrere Prozesse ferner beinhalten: Bestimmen, dass die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels, nachdem die Zeitperiode verstrichen ist, geringer als eine minimal erforderliche Leistungsfähigkeit ist, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die Zeitperiode verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung ist.Controller for controlling a performance of a fuel cell stack claim 5 , wherein the one or more processes further include: determining that the performance of the fuel cell stack after the period of time has elapsed is less than a minimum required performance if the difference between an initial voltage and a voltage after the period of time has elapsed is greater than is the difference between the initial tension and a preset minimum tension. Steuerglied zum Steuern einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach Anspruch 5, wobei der eine oder mehrere Prozesse ferner beinhalten: einen dritten Schritt des erneuten Bestimmens des erneuten Durchführens des Bestimmungsschrittes nach dem Luftzuführschritt.Controller for controlling a performance of a fuel cell stack claim 5 wherein the one or more processes further include: a third redetermining step of re-performing the determining step after the air supply step. Steuerglied zum Steuern einer Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenstapels nach Anspruch 7, wobei der eine oder mehrere Prozesse ferner beinhalten: Spülen eines Wasserstoff-Speicherreservoirs, in welchem der Wasserstoff, der dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen ist, gespeichert wird, und Wiederaufladen des Wasserstoff-Speicherreservoirs mit neuem Wasserstoff, wenn die Differenz zwischen einer Anfangsspannung und einer Spannung, nachdem die Zeitperiode verstrichen ist, größer als die Differenz zwischen der Anfangsspannung und einer vorher eingestellten minimalen Spannung in dem dritten Schritt des erneuten Bestimmens ist.Controller for controlling a performance of a fuel cell stack claim 7 , wherein the one or more processes further include: purging a hydrogen storage reservoir in which the hydrogen to be supplied to the fuel cell stack is stored, and recharging the hydrogen storage reservoir with new hydrogen when the difference between an initial voltage and a voltage, after the period of time has elapsed, is greater than the difference between the initial voltage and a preset minimum voltage in the third step of redetermining.
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